D0I:10.13374/1.issm100103.2008.04.030 第30卷第4期 北京科技大学学报 Vol.30 No.4 2008年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2008 高硅铝合金的电脉冲孕育处理与液固相关性 何力佳12) 王建中)齐锦刚2)张震斌苍大强) 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)辽宁工业大学材料与化学工程学院，锦州121001 摘要以液态合金的多相结构模型为基础，对电脉冲作用下高硅铝合金熔体结构变化进行了热力学分析，并研究了电脉冲 作用下A一22%Si合金凝固组织的显微硬度以及凝固相变点的变化·实验结果表明，电脉冲促进了呈“胶体”状态存在的Si粒 子在A一22%Si合金熔体中的分解，提高了熔体的均匀程度，部分消除了来自Si原料的遗传性：电脉冲孕育处理提高了A一 22%Si合金熔体的过冷能力，增加了Si粒子在基体组织中的过饱和度，提高了基体的显微硬度；A一22%Si合金基体显微硬度 值的变化显示熔体对于电脉冲频率的响应比较敏感. 关键词高硅铝合金：电脉冲孕育处理：凝固组织：初生相：团簇 分类号TG111.4 Thermodynamic analysis of liquid-solid state correlation of silumin under electric pulse HE Lijia.WANG Jianzhong.QI Jingang,ZHA NG Zhenbin),CANG Dagiang) 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083,China 2)College of Material and Chemical Engineering.Liaoning University of Technology.Jinzhou 121001.China ABSTRACT Based on the micro-multi-phase structure model of molten alloys,the thermodynamics of the Al-Si molten alloy struc- ture under electric pulse was analyzed.and the changes in matrix micro-hardness and solidifying point of the Al-22%Si alloy under electric pulse were studied.It is shown that electric pulse promotes the decomposition of Si particles in colloidal state in the alloy melt. improves the homogeneous degree of the melt.and eliminates the heredity from raw material partially.Electric pulse modification in- creases the super cooling degree of the Al-22%Si alloy melt and enhances the supersaturated degree of Si particles in the matrix, thereby increases the micro-hardness of the matrix.The variation in micro-hardness of the alloy matrix indicates that the alloy melt structure was sensitive to the change in electric pulse frequency. KEY WORDS silumin:electric pulse modification (EPM):solidification microstructure:primary phase;cluster 近年来，乌克兰金属物理研究所与我国学者 凝固领域崭新的课题，近十年来，王建中博士[2] 研究共晶系合金熔体时发现，在过热温度不高的熔 领导的小组开展了电脉冲孕育处理(electric pulse 体中存在着微观分层区，从而提出了合金熔体的微 modification,EPM)对纯金属及合金组织与性能影 观多相模型，并对有限固溶共晶系合金熔体结构进 响的研究，然而电脉冲作用下合金熔体结构的热力 行了系统研究·他们认为：熔体的液态结构与合金 学分析尚未见报道，本文则在熔体微观多相模型的 平衡状态图所表示的相结构间存在着定性和定量的 基础上尝试对高硅铝合金熔体在电脉冲作用下的结 相关性，不同相结构微原子集团的数量比例遵循着 构变化进行热力学分析，并探讨对其液一固相关性 杠杆定律. 的影响， 研究电脉冲作用下合金熔体结构的响应是金属 1电脉冲处理铝硅合金熔体的热力学分析 收稿日期：2007-02-22修回日期：2007-04-16 根据熔体微观多相模型的观点，熔体是由成分 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N。.50674054):辽宁省高校 和结构不同的游动着的有序原子集团(clusters)与 重点实验室项目(No.200516204) 作者简介：何力佳(1977一)：男，博士研究生；苍大强(1949一)男， 它们之间的各种组元呈紊乱分布的无序带所组成， 教授，博士生导师，E-mail:cangdaqiang @metall.-ustb.cdu,cn Singh等的发现铝硅合金熔体中存在着Sin型原子
高硅铝合金的电脉冲孕育处理与液－固相关性 何力佳12） 王建中2） 齐锦刚2） 张震斌2） 苍大强1） 1） 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 2） 辽宁工业大学材料与化学工程学院锦州121001 摘 要 以液态合金的多相结构模型为基础对电脉冲作用下高硅铝合金熔体结构变化进行了热力学分析并研究了电脉冲 作用下 Al－22％Si 合金凝固组织的显微硬度以及凝固相变点的变化．实验结果表明电脉冲促进了呈“胶体”状态存在的 Si 粒 子在 Al－22％Si 合金熔体中的分解提高了熔体的均匀程度部分消除了来自 Si 原料的遗传性；电脉冲孕育处理提高了 Al－ 22％Si 合金熔体的过冷能力增加了 Si 粒子在基体组织中的过饱和度提高了基体的显微硬度；Al－22％Si 合金基体显微硬度 值的变化显示熔体对于电脉冲频率的响应比较敏感． 关键词 高硅铝合金；电脉冲孕育处理；凝固组织；初生相；团簇 分类号 TG111∙4 Thermodynamic analysis of liquid-solid state correlation of silumin under electric pulse HE Lijia 12）W A NG Jianz hong 1）QI Jingang 1）ZHA NG Zhenbin 1）CA NG Daqiang 2） 1） School of Metallurgical and Ecological EngineeringUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China 2） College of Material and Chemical EngineeringLiaoning University of TechnologyJinzhou121001China ABSTRACT Based on the micro-mult-i phase structure model of molten alloysthe thermodynamics of the Al－Si molten alloy structure under electric pulse was analyzedand the changes in matrix micro-hardness and solidifying point of the Al－22％Si alloy under electric pulse were studied．It is shown that electric pulse promotes the decomposition of Si particles in colloidal state in the alloy melt improves the homogeneous degree of the meltand eliminates the heredity from raw material partially．Electric pulse modification increases the super cooling degree of the Al－22％Si alloy melt and enhances the supersaturated degree of Si particles in the matrix thereby increases the micro-hardness of the matrix．T he variation in micro-hardness of the alloy matrix indicates that the alloy melt structure was sensitive to the change in electric pulse frequency． KEY WORDS silumin；electric pulse modification （EPM）；solidification microstructure；primary phase；cluster 收稿日期：2007-02-22 修回日期：2007-04-16 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No．50674054）；辽宁省高校 重点实验室项目（No．200516204） 作者简介：何力佳（1977－）男博士研究生；苍大强（1949－）男 教授博士生导师E-mail：cangdaqiang＠metall．ustb．edu．cn 近年来乌克兰金属物理研究所与我国学者［1］ 研究共晶系合金熔体时发现在过热温度不高的熔 体中存在着微观分层区从而提出了合金熔体的微 观多相模型并对有限固溶共晶系合金熔体结构进 行了系统研究．他们认为：熔体的液态结构与合金 平衡状态图所表示的相结构间存在着定性和定量的 相关性不同相结构微原子集团的数量比例遵循着 杠杆定律． 研究电脉冲作用下合金熔体结构的响应是金属 凝固领域崭新的课题．近十年来王建中博士［2－4］ 领导的小组开展了电脉冲孕育处理（electric pulse modificationEPM）对纯金属及合金组织与性能影 响的研究然而电脉冲作用下合金熔体结构的热力 学分析尚未见报道本文则在熔体微观多相模型的 基础上尝试对高硅铝合金熔体在电脉冲作用下的结 构变化进行热力学分析并探讨对其液－固相关性 的影响． 1 电脉冲处理铝硅合金熔体的热力学分析 根据熔体微观多相模型的观点熔体是由成分 和结构不同的游动着的有序原子集团（clusters）与 它们之间的各种组元呈紊乱分布的无序带所组成． Singh 等［5］发现铝硅合金熔体中存在着 Si n 型原子 第30卷 第4期 2008年 4月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．4 Apr．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．04．030
第4期 何力佳等：高硅铝合金的电脉冲孕育处理与液固相关性 .401. 集团，S原子团簇有着相对稳定的结构6]，即存在 激励而加速运动，导致该团簇内聚力变大，团簇发生 满足幻数关系的团簇壳层结构，由此，本文认为 “收缩”，同时团簇稳定性提高，从概率角度考虑就是 A-22%Si合金熔体在液相线附近处符合熔体多相 某一尺度的Si团簇出现的几率增加，这与边秀房 结构模型，超出共晶含量部分(12.5%)的$i质点存 等[8]发现的In熔体在过热到一定温度后发生的“收 在偏聚现象，具有“胶体”特征，偏聚的Si团簇是合 缩”现象本质是一致的，Sⅰ团簇在熔体中的弥散度 金凝固时析出初生硅核心的来源，同时也是体现铝 变大，Si团簇相尺寸减小，由于比表面能的贡献，使 硅合金液相固相遗传性的载体， Si团簇相的自由能曲线上升，即G:大于G,此时 当A1一22%Si合金熔体处于780℃时，熔体处 与A一22%Si合金熔体母相的平衡成分为x,显然 于低过热状态，符合熔体多相模型.根据Gibs一 x>x。,即小尺寸团簇在熔体里的溶解度升高，它们 Thompson公式[I: 之间的相互作用可形成介稳胶体，并与周围介质形 ui(r)-ui()=RTIn p(=M.2g p(o)p·r (1) 成新的动力学平衡，部分消除了来自S原料的遗传 性，使组织中粗大Si相的核心数量减少，提高了熔 其中，r为曲率半径，M为Q相的摩尔质量，P为密 体的成分均匀性， 度，ō为比表面能，R为摩尔气体常数，该式表明理 当A22%Si合金熔体过冷到某一时刻，发生 想熔体的蒸汽压与液面的曲率半径有关， 液固相转变，由式(2)可知，电脉冲处理后熔体中 假设α相为SiSi原子团簇组成，该相团簇半 $:团簇的曲率变大（小尺度团簇曲率半径小于大尺 径为r,B相(1相)为ASi母相熔体，两相原子集 度团簇，曲率与曲率半径成反比)，根据公式)： 团的数量比率遵循相图的杠杆定律而变化，根据 Clausius Clapeyron关系可知，对一般物质的液固平 AT,=2Tm V,kg △Hm (3) 衡来说，压力的对数和平衡温度呈线性关系，而平衡 其中，△T,为曲率半径不同造成的温度变化（曲率过 温度越高，则溶质在溶液中的溶解度将越高·因此， 这里定性地以溶解度x代替式(1)中的压力p,得 冷度或Gibbs-一Thompson过冷度)，Tm为熔点，V, 为固相体积，K为曲率，σ为表面张力，△Hm为凝固 到： 反应焓，曲率K与△T,存在正比关系，所以曲率K In *:=2aM 1 xe RTo r (2) 越大，则△T,越大（△T,=Tm一T),即平衡凝固点 其中，x。表示Si团簇在AISi合金熔体中处于平衡 下降程度越大.有学者[O]提出熔体总的过冷度△T 状态时的溶解度，xr表示Si团簇在ASi合金熔体 由四部分组成，如下式所示： 中的溶解度.该式表明，团簇尺寸越小，其在熔体中 △T=△T,十△T.十△T.+△Tk (4) 的溶解度越大.如图1所示，当Si团簇弥散度较小， 式中，△T,是熔体的热力学过冷；△T。是熔体的成 而Si团簇尺寸较大时，表面效应不显著，此时Si团 分过冷；△T,是熔体中结晶尖端曲率造成的过冷； 簇在铝硅合金熔体中的平衡成分为x®，当电脉冲作 △Tk是熔体的动力学过冷，假设其他三项不变的前 用于A一22%Si合金熔体时，在电场以脉冲方式瞬 提下，由于曲率过冷度△T:的增加而使总的过冷度 时放电的作用下，较大尺度$ì团簇周围的电子受到 △T增加. 2实验验证 G 2.1电脉冲处理对A1一22%Si合金凝固组织的 影响 G 图2为A一22%Si合金凝固组织.从图2(a)可 以看出，未经过电脉冲处理的初生硅粗大，呈五花瓣 状；经过电脉冲处理后的组织如图2(b)所示，初生 硅明显细化，且形核质点数目增加，同时共晶组织中 溶解度 针状硅相形态比较细密，其原因为电脉冲处理改变 图1硅团簇尺寸变化引起其在熔体中溶解度改变的示意图 了熔体结构，促进了熔体的成分均匀性，实验结果与 Fig.I Change of solubility in the melt resulted from the size of Si 分析基本一致· clusters
集团Si 原子团簇有着相对稳定的结构［6］即存在 满足幻数关系的团簇壳层结构．由此本文认为 Al－22％Si合金熔体在液相线附近处符合熔体多相 结构模型超出共晶含量部分（12∙5％）的 Si 质点存 在偏聚现象具有“胶体”特征．偏聚的 Si 团簇是合 金凝固时析出初生硅核心的来源同时也是体现铝 硅合金液相－固相遗传性的载体． 当 Al－22％Si 合金熔体处于780℃时熔体处 于低过热状态符合熔体多相模型．根据 Gibbs－ Thompson 公式［7］： u α A （ r）－ u α A （∞）＝ RTln p（ r） p（∞） ＝ M ρ · 2σ r （1） 其中r 为曲率半径M 为α相的摩尔质量ρ为密 度σ为比表面能R 为摩尔气体常数．该式表明理 想熔体的蒸汽压与液面的曲率半径有关． 假设α相为 Si－Si 原子团簇组成该相团簇半 径为 rβ相（1相）为 Al－Si 母相熔体两相原子集 团的数量比率遵循相图的杠杆定律而变化．根据 Clausius－Clapeyron 关系可知对一般物质的液固平 衡来说压力的对数和平衡温度呈线性关系而平衡 温度越高则溶质在溶液中的溶解度将越高．因此 这里定性地以溶解度 x 代替式（1）中的压力 p得 到： ln xr xe ＝ 2σM RTρ · 1 r （2） 图1 硅团簇尺寸变化引起其在熔体中溶解度改变的示意图 Fig．1 Change of solubility in the melt resulted from the size of Si clusters 其中xe 表示 Si 团簇在 Al－Si 合金熔体中处于平衡 状态时的溶解度xr 表示 Si 团簇在 Al－Si 合金熔体 中的溶解度．该式表明团簇尺寸越小其在熔体中 的溶解度越大．如图1所示当 Si 团簇弥散度较小 而 Si 团簇尺寸较大时表面效应不显著此时 Si 团 簇在铝硅合金熔体中的平衡成分为 xe当电脉冲作 用于 Al－22％Si 合金熔体时在电场以脉冲方式瞬 时放电的作用下较大尺度 Si 团簇周围的电子受到 激励而加速运动导致该团簇内聚力变大团簇发生 “收缩”同时团簇稳定性提高从概率角度考虑就是 某一尺度的 Si 团簇出现的几率增加．这与边秀房 等［8］发现的 In 熔体在过热到一定温度后发生的“收 缩”现象本质是一致的．Si 团簇在熔体中的弥散度 变大Si 团簇相尺寸减小由于比表面能的贡献使 Si 团簇相的自由能曲线上升即 G r Si大于 G e Si此时 与 Al－22％Si 合金熔体母相的平衡成分为 xr显然 xr＞ xe即小尺寸团簇在熔体里的溶解度升高它们 之间的相互作用可形成介稳胶体并与周围介质形 成新的动力学平衡部分消除了来自 Si 原料的遗传 性使组织中粗大 Si 相的核心数量减少提高了熔 体的成分均匀性． 当 Al－22％Si 合金熔体过冷到某一时刻发生 液－固相转变．由式（2）可知电脉冲处理后熔体中 Si 团簇的曲率变大（小尺度团簇曲率半径小于大尺 度团簇曲率与曲率半径成反比）根据公式［9］： ΔTr＝ －2T m V sκσ ΔHm （3） 其中ΔTr 为曲率半径不同造成的温度变化（曲率过 冷度或 Gibbs－Thompson 过冷度）T m 为熔点V s 为固相体积κ为曲率σ为表面张力ΔHm 为凝固 反应焓．曲率 κ与ΔTr 存在正比关系所以曲率 κ 越大则ΔTr 越大（ΔTr＝ T m－ T ）即平衡凝固点 下降程度越大．有学者［10］提出熔体总的过冷度ΔT 由四部分组成如下式所示： ΔT＝ΔTt＋ΔTc＋ΔTr＋ΔTk （4） 式中ΔTt 是熔体的热力学过冷；ΔTc 是熔体的成 分过冷；ΔTr 是熔体中结晶尖端曲率造成的过冷； ΔTk 是熔体的动力学过冷．假设其他三项不变的前 提下由于曲率过冷度ΔTr 的增加而使总的过冷度 ΔT 增加． 2 实验验证 2∙1 电脉冲处理对 Al－22％Si 合金凝固组织的 影响 图2为 Al－22％Si 合金凝固组织．从图2（a）可 以看出未经过电脉冲处理的初生硅粗大呈五花瓣 状；经过电脉冲处理后的组织如图2（b）所示初生 硅明显细化且形核质点数目增加同时共晶组织中 针状硅相形态比较细密．其原因为电脉冲处理改变 了熔体结构促进了熔体的成分均匀性实验结果与 分析基本一致． 第4期 何力佳等： 高硅铝合金的电脉冲孕育处理与液－固相关性 ·401·
.402 北京科技大学学报 第30卷 处理时间后A一22%Sⅰ合金组织基体的显微硬度的 (a) 变化（随机测量三次）·可以看到，显微硬度值随脉 冲电压、脉冲处理时间等参数的变化不大，而随着脉 冲频率的增加其硬度值有相应上升的趋势，说明熔 体结构对于外加电场频率变化的响应比较敏感，表 50 jm 明合金熔体对外来能量的响应、结构变异是有选择 图2A一22%Si合金凝固组织.(a)未处理的原始试样：(b)电 性的，基体显微硬度变化符合上述热力学分析，其 脉冲处理的试样 原因是在于电脉冲作用下熔体母相随外场能量的升 Fig-2 Micrographs of Al-22%Si alloy:(a)without EPM:(b) 高导致$原子团簇在熔体里溶解度的升高，从而 with EPM A一22%Si合金熔体成分均匀程度相应提高，进而 2.2电脉冲处理对A1一22%Si合金凝固组织基体 提高了熔体的过冷能力，凝固后过饱和的$ⅰ相粒子 显微硬度的影响 则起到了强化合金基体的作用 图3(a一c)分别为改变电脉冲的电压、频率及 80(a 90F(b) (e) OAH' 60 30 20 200400 600 800 10 20 10203040 60 电压V 顿率Hz 时间min 图3不同脉冲电场参数下A一22%Si合金凝固组织基体的显微硬度.(a)电压；(b)频率；(c)时间 Fig-3 Effects of electric pulse parameters on the micro hardness of Al-22%Si alloy:(a)voltage:(b)frequency:(c)treating time 2.3电脉冲处理对A1一22%Si合金DSC曲线初生 冲处理后合金过冷度的变化一致 相凝固点的影响 从结构涨落的微观统计分布角度来看，过热熔 图4为电脉冲作用下A一22%Si合金初生相的 体中呈“胶体”状态分布的Si团簇成为铝硅合金熔 DSC曲线凝固点的变化.可以看到电脉冲处理后的 体中岛状模型的典型代表结构，电脉冲的反复激励 试样经过重熔后，其凝固相变出现了滞后现象，即凝 振荡使大尺度$i团簇发生“收缩”，变化了的Si团簇 固点温度有所下降，这是由于熔体中S团簇尺寸 成为体现液相一固相遗传性的载体，从理论上初步 改变而导致曲率变化并最终影响凝固过程，与电脉 解释了电脉冲对高硅铝合金熔体的变质作用，S团 簇在电脉冲作用下动力学过程还需进一步研究， 0.22 0.20 ·一电脉冲处理 3结论 ·未加电脉冲 0.18 (1)电脉冲促进了呈“胶体状态存在的Si粒 0.16 子在A1一22%Si合金熔体中的分解，提高了熔体的 0.14 均匀程度，部分消除了来自S原料的遗传性 (2)电脉冲孕育处理提高了A1一22%Si合金熔 0.12 体的过冷能力，增加了Si粒子在基体组织中的过饱 0.10 和度，提高了基体的显微硬度 640 660 680700720740 760 温度/℃ (3)A一22%Si合金基体显微硬度值的变化显 示熔体对于电脉冲频率的响应比较敏感 图4电脉冲处理对A一22%Sⅰ合金初生相凝固点的影响 Fig.4 Effect of EPM on the solidifying point of primary phase in the Al-22%Si alloy (下转第440页)
图2 Al－22％Si 合金凝固组织．（a） 未处理的原始试样；（b） 电 脉冲处理的试样 Fig．2 Micrographs of Al－22％Si alloy：（a） without EPM；（b） with EPM 2∙2 电脉冲处理对 Al－22％Si 合金凝固组织基体 显微硬度的影响 图3（a－c）分别为改变电脉冲的电压、频率及 处理时间后 Al－22％Si 合金组织基体的显微硬度的 变化（随机测量三次）．可以看到显微硬度值随脉 冲电压、脉冲处理时间等参数的变化不大而随着脉 冲频率的增加其硬度值有相应上升的趋势．说明熔 体结构对于外加电场频率变化的响应比较敏感表 明合金熔体对外来能量的响应、结构变异是有选择 性的．基体显微硬度变化符合上述热力学分析其 原因是在于电脉冲作用下熔体母相随外场能量的升 高导致 Si 原子团簇在熔体里溶解度的升高从而 Al－22％Si 合金熔体成分均匀程度相应提高进而 提高了熔体的过冷能力凝固后过饱和的 Si 相粒子 则起到了强化合金基体的作用． 图3 不同脉冲电场参数下 Al－22％Si 合金凝固组织基体的显微硬度．（a）电压；（b）频率；（c）时间 Fig．3 Effects of electric pulse parameters on the micro hardness of Al－22％Si alloy：（a） voltage；（b） frequency；（c） treating time 2∙3 电脉冲处理对 Al－22％Si 合金 DSC 曲线初生 相凝固点的影响 图4 电脉冲处理对 Al－22％Si 合金初生相凝固点的影响 Fig．4 Effect of EPM on the solidifying point of primary phase in the Al－22％Si alloy 图4为电脉冲作用下 Al－22％Si 合金初生相的 DSC 曲线凝固点的变化．可以看到电脉冲处理后的 试样经过重熔后其凝固相变出现了滞后现象即凝 固点温度有所下降．这是由于熔体中 Si 团簇尺寸 改变而导致曲率变化并最终影响凝固过程与电脉 冲处理后合金过冷度的变化一致． 从结构涨落的微观统计分布角度来看过热熔 体中呈“胶体”状态分布的 Si 团簇成为铝硅合金熔 体中岛状模型的典型代表结构电脉冲的反复激励 振荡使大尺度 Si 团簇发生“收缩”变化了的 Si 团簇 成为体现液相－固相遗传性的载体从理论上初步 解释了电脉冲对高硅铝合金熔体的变质作用Si 团 簇在电脉冲作用下动力学过程还需进一步研究． 3 结论 （1） 电脉冲促进了呈“胶体”状态存在的 Si 粒 子在 Al－22％Si 合金熔体中的分解提高了熔体的 均匀程度部分消除了来自 Si 原料的遗传性． （2） 电脉冲孕育处理提高了 Al－22％Si 合金熔 体的过冷能力增加了 Si 粒子在基体组织中的过饱 和度提高了基体的显微硬度． （3） Al－22％Si 合金基体显微硬度值的变化显 示熔体对于电脉冲频率的响应比较敏感． （下转第440页） ·402· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷
,440 北京科技大学学报 第30卷 Process,1991,24(1):1 5结论 [5]Common P.Jutten C.Herault J.Blind separation of sources: Part II.Problem statement.Signal Process,1991,24(1):11 实际的机械故障诊断所采集的声信号中含有多 [6]Comon P.Independent component analysis-A new concept? 种分量，故障特征分量往往淹没在其中，独立分量分 Signal Process,1994.36(3):287 析可以有效地提取所关心的故障信息，消除临近机 [7]Cichocki A.Amari S I.Adaptive Blind Signal and Image Pro- 器或部件辐射噪声的干扰，提高信号的信噪比、采 cessing:Learning Algorithms and Applications.Chichester: 用自相关分析能进一步消除随机噪声的干扰，有效 John Wiley and Sons,2002 地提取故障特征，齿轮的声学故障诊断实验验证了 [8]Yang F S.Hong B.Principle and Application of Independent Component Analysis.Beijing:Tsinghua University Press.2006 此方法的有效性， (杨福生，洪波.独立分量分析的原理与应用.北京：清华大学 出版社，2006) 参考文献 [9]Wang J.Hu X.Application of MATLAB in Vibration Signal [1]Lyon R H.Machinery Noise and Diagnostics.Boston:Butter- Processing.Beijing:China Water Power Press.2006 worths,1987 (王济，胡晓.MATLAB在振动信号处理中的应用，北京：中国 [2]Jing L.Feature extraction of machine sound using wavelet and its 水利水电出版社，2006) application in fault diagnosis.NDT E Int.2001,34:25 [10]Ding K.Li W H.Zhu X Y.Fault Diagnosis Practical Tech- [3]Herault J.Jutten C.Space or time adaptive signal processing by nologies of Gear and Gear Box.Beijing:China Machine Press. neural network models//AIP Conference Proceedings.American 2005 Institute of Physics,1986:151 (丁康，李巍华，朱小勇·齿轮及齿轮箱故障诊断实用技术 [4]Jutten C.Herault J.Blind separation of sources:Part I.An 北京：机械工业出版社，2005) adaptive algorithm based on neuromimetic architecture.Signal (上接第402页) (1):36 (齐锦刚，王建中，刘兴江，等脉冲电场作用下纯铝熔体的遗传 参考文献 机制.材料热处理学报，2006,27(1)：36) [1]Chen X C.The structural correlation of liquid and solid metal [5]Singh M.Kumar R.Structure of liquid aluminum-silicon alloys. hased on electric structure//211th Colloquium Proceeding of Xi- J Mater Sci,1973(8):317 angshan Science Conference.Beijing:Defense Industry Press, [6]Bloomfield L A.Freeman RR.Brown W L.Photo fragmenta- 2005.95 tion of mass resolved Sizizclusters.Phys Rev Lett.1985.54: (陈熙聚，从电子结构来认识金属液态与固态结构的相关性 2246 香山科学会议第211次学术讨论会论文集.北京：国防工业出 [7]Slater C.Introduction to Chemical Physics.New York:MeGraw 版社，2005.95) Hil,1939,24 [2]Qi JG.Wang JZ.Casting structure of pure aluminum by electric [8]Cheng SJ.Qin X B.Bian X F.Thermal contraction phenomenon pulse modification at different superheated temperatures.J Univ of cluster structure of indium melt.Trans Nonferrous Met Soc Sci Technol Beijing.2005.12(6):527 China,2002,12(3):494 [3]Wang JZ.Chen Q F.Effect of electro pulse modification parame- [9]Flemings M C.Solidification Processing-New York:MeGraw ters on ingot macrostructure of CuAl-Ni shape memory alloys. Hil,1974:279 Trans Nonferrous Met Soc China.2002.12(3):400 [10]Laxmanan V.Dendritic solidification:I.Some further refine- [4]Qi JG.Wang JZ.Heredity mechanism of aluminum melt under ments to the model for dendrite growth under an imposed ther- the action of electric pulse.Trans Mater Heat Treat,2006.27 mal gradient.Acta Metall,1985,33:1475
5 结论 实际的机械故障诊断所采集的声信号中含有多 种分量故障特征分量往往淹没在其中独立分量分 析可以有效地提取所关心的故障信息消除临近机 器或部件辐射噪声的干扰提高信号的信噪比．采 用自相关分析能进一步消除随机噪声的干扰有效 地提取故障特征．齿轮的声学故障诊断实验验证了 此方法的有效性． 参 考 文 献 ［1］ Lyon R H． Machinery Noise and Diagnostics．Boston：Butterworths1987 ［2］ Jing L．Feature extraction of machine sound using wavelet and its application in fault diagnosis．NDT ＆ E Int200134：25 ［3］ Herault JJutten C．Space or time adaptive signal processing by neural network models∥ AIP Conference Proceedings．American Institute of Physics1986：151 ［4］ Jutten CHerault J．Blind separation of sources：Part Ⅰ．An adaptive algorithm based on neuromimetic architecture． Signal Process199124（1）：1 ［5］ Common PJutten CHerault J．Blind separation of sources： Part Ⅱ．Problem statement．Signal Process199124（1）：11 ［6］ Comon P．Independent component analysis－A new concept？ Signal Process199436（3）：287 ［7］ Cichocki AAmari S I．A daptive Blind Signal and Image Processing： Learning Algorithms and Applications．Chichester： John Wiley and Sons2002 ［8］ Yang F SHong B．Principle and Application of Independent Component A nalysis．Beijing：Tsinghua University Press2006 （杨福生洪波．独立分量分析的原理与应用．北京：清华大学 出版社2006） ［9］ Wang JHu X．Application of MATL AB in V ibration Signal Processing．Beijing：China Water Power Press2006 （王济胡晓．MATLAB 在振动信号处理中的应用．北京：中国 水利水电出版社2006） ［10］ Ding KLi W HZhu X Y．Fault Diagnosis Practical Technologies of Gear and Gear Box．Beijing：China Machine Press 2005 （丁康李巍华朱小勇．齿轮及齿轮箱故障诊断实用技术． 北京：机械工业出版社2005） （上接第402页） 参 考 文 献 ［1］ Chen X C．The structural correlation of liquid and solid metal based on electric structure∥211th Colloquium Proceeding of Xiangshan Science Conference．Beijing：Defense Industry Press 2005：95） （陈熙琛．从电子结构来认识金属液态与固态结构的相关性． 香山科学会议第211次学术讨论会论文集．北京：国防工业出 版社2005：95） ［2］ Qi J GWang J Z．Casting structure of pure aluminum by electric pulse modification at different superheated temperatures．J Univ Sci Technol Beijing200512（6）：527 ［3］ Wang J ZChen Q F．Effect of electro pulse modification parameters on ingot macrostructure of Cu－Al－Ni shape memory alloys． T rans Nonferrous Met Soc China200212（3）：400 ［4］ Qi J GWang J Z．Heredity mechanism of aluminum melt under the action of electric pulse．T rans Mater Heat T reat200627 （1）：36 （齐锦刚王建中刘兴江等．脉冲电场作用下纯铝熔体的遗传 机制．材料热处理学报200627（1）：36） ［5］ Singh MKumar R．Structure of liquid aluminum-silicon alloys． J Mater Sci1973（8）：317 ［6］ Bloomfield L AFreeman R RBrown W L．Photo fragmentation of mass-resolved Si ＋ 2－12clusters．Phys Rev Lett198554： 2246 ［7］ Slater C．Introduction to Chemical Physics．New York：McGraw Hill1939：24 ［8］ Cheng S JQin X BBian X F．Thermal contraction phenomenon of cluster structure of indium melt．T rans Nonferrous Met Soc China200212（3）：494 ［9］ Flemings M C．Solidification Processing．New York：McGraw Hill1974：279 ［10］ Laxmanan V．Dendritic solidification：Ⅲ．Some further refinements to the model for dendrite growth under an imposed thermal gradient．Acta Metall198533：1475 ·440· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷